T型尾翼民用客机深失速改出机理研究

殷湘涛

摘 要：从三方面分析了T型尾翼民用客机改出深失速的机理，分别为：（1）升降舵在深失速时的俯仰操纵效率；（2）方向舵在飞机建立了一定的坡度角后充当了升降舵的作用，对飞机产生了一定的侧向低头力矩；（3）飞机动力装置轴线相对于飞机构造水平面的安装角为3°，在深失速时，发动机推力提供了一定的低头力矩。通过分析得出，升降舵和方向舵在飞机改出深失速时发挥了积极作用，而发动机推力力矩对飞机改出深失速作用很小。

关键词：深失速 T型尾翼 飞行试验 民用客机

中图分类号：V211.41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（a）-0070-02

深失速是指飞机在大迎角情况下平尾暴露在机翼的紊流区中，升降舵失去效率的现象。而T型尾翼飞机由于气动布局特性，较之非T型尾翼飞机更易进入深失速，且难以改出。航空史上T型尾翼民用客机进入深失速事件发生过多起，目前可查的只有B727飞机在进行飞行试验时成功从深失速改出的先例。因此，该文主要从飞行试验的角度，根据某型民用客机实际试飞情况和飞行员操纵情况，深入分析改出深失速的机理和方法，为T型尾翼民用客机在实际运营和飞行试验过程中改出深失速提供理论参考和切实可行的操纵方法。

1 深失速改出

对于T型尾翼布局的民用客机，当进入深失速之后，升降舵效率急剧下降，此时飞机被锁死在高迎角状态，并伴随大的下降率，使用常规的纵向操纵和发动机操纵难以改出。对于T型尾翼布局飞机在深失速状态时所能采取的措施，主要有几方面可尝试，即放起落架，放襟缝翼，通过操纵副翼人为建立一定坡度角（坡度角可增大到90°），或者通过方向舵操纵使得机头下俯。根据相关风洞数据，一定的侧滑角对于改出深失速有非常积极的作用，但在飞机处于深失速锁定区时，飞机操纵舵面不一定有操纵效率，难以建立侧滑角。

根据理论分析计算和模拟器试飞，有动态改出和静态改出两种改出深失速的方法，但在T型尾翼民用客机的飞行历史中，并没有应用此两种方法改出深失速的先例。B727为典型的T型尾翼民用客机，在B727的飞行试验过程中，有成功从深失速改出的先例。据试飞员口述，改出时主要是因为飞机仍具有一定的横向操纵能力，试飞员成功建立了一定的坡度角，然后机头下俯，飞机迎角减小，最终成功改出。

通过分析某型民用客机整个深失速改出过程和相关试飞数据，主要可从三方面来分析成功改出深失速的机理，分别为：（1）升降舵在深失速时仍具有一定的俯仰操纵效率；（2）方向舵在飞机建立了一定的坡度角后充当了升降舵的作用，对飞机产生了一定的侧向低头力矩；（3）由于该飞机动力装置轴线相对于飞机构造水平面的安装角为3°，在深失速时，发动机推力提供了一定的低头力矩。以下主要从这三方面分析可成功改出深失速的机理。

2 升降舵对改出深失速的影响

用相轨迹法研究深失速改出特性，典型T型尾翼民用客机的静态改出相轨迹大致描绘如图1所示。图中有几条特殊的相轨迹曲线，相轨迹图中实线代表推杆的相轨迹，虚线代表拉杆的相轨迹。计算和分析表明，与T型尾翼飞机俯仰力矩系数曲线两个稳定的和一个不稳定的平衡点相对应，在平面上存在两个稳定的焦点1，3和一个鞍点2，相平面上所有轨迹最终将收敛于两个焦点中的一个。有一条特殊的相轨迹通过不稳定的鞍点2，它是飞机上仰和下俯的分界点。图中阴影部分是飞机处于深失速、大迎角配平的“锁定”状态，称为深失速走廊，此时推杆到底也改不出来，处于深失速走廊外发生深失速，则可用推杆的办法改出。图1中有3个重要的迎角，αue，αct和αds。αue对应推杆到底俯仰力矩系数曲线中的不稳定点，即相图中的鞍点；αds对应于拉杆到底俯仰力矩系数曲线中的深失速点；αct是用推杆到底能改出的最小迎角。若αds>αct，驾驶员猛推杆到底，飞机就能从深失速中改出。此即为深失速静态改出法。

从某型飞机试飞数据可知，在整个深失速进入到改出的过程中，纵向操纵杆在推杆器的作用下迅速推杆，后在推杆器和试飞员的操纵下，基本一直处于满推杆状态，推杆过程中达到的最大迎角在42°左右，根据静态改出法的理论，此迎角或许正好大于该型民用客机飞机的αct，在此情况下保持推杆，满足静态改出法的条件，所以此时民用客机具备从深失速中改出的能力。

从另一个角度分析，该型民用客机飞机在深失速改出过程中，虽然升降舵已处于机翼紊流区，但由于此时该型民用客机带有大的坡度角，以及侧滑角，升降舵或许未完全处于机翼紊流区，因此仍具有一定效率，在推杆状态下仍能提供一定的低头力矩，为飞机成功改出深失速提供有利帮助。

3 方向舵对改出深失速的影响

根据风洞数据分析提出的侧滑角对深失速改出有极为积极作用的理论和B727在深失速时通过建立一定坡度角成功改出的经验，某民用客机能成功改出深失速，可结合以上理论和经验进行分析。

产生滚转角和侧滑角之所以对飞机改出深失速有非常积极的作用，可认为是因为在有滚转角和侧滑角的情形下，飞机垂直尾翼在一定程度上充当了水平安定面的作用，使得飞机产生侧向低头力矩，让飞机得以机头朝下俯冲加速，从而重新获得速度和操纵响应。

根据某型民用飞机的试飞数据，第一次推杆之后，飞机建立了3.1°右滚转角，且有0.7°/s左右的偏航角速度，偏航角223°。据试飞员反应当时飞机横向操纵已失去响应，且此时试飞员向左压盘，飞机在此时产生右滚转角（确切原因未知，有可能是副翼效率反向，或者是飞机气动外形有制造不对称的偏差）。7s之后滚转角增大到31.4°，偏航角速度增大到9.2°/s，偏航角增大到254°（从偏航角速度变化情况可探知飞机侧向力矩情况）。整个过程方向舵基本处于中立位置。产生此种响应的原因，如上所述，可认为是在滚转角和侧滑角情况下，飞机垂直尾翼在一定程度上充当了水平安定面的作用，使得飞机产生侧向低头力矩，为飞机成功改出深失速提供有利帮助。endprint

4 发动机对改出深失速的影响

由于该型民用客机动力装置轴线相对于飞机构造水平面的安装角为3°，且飞机处于深失速情况时，发动机工作状态良好，N1值处于60%～70%之间，属于1.3VSR的平飞推力，可考虑发动机推力是否有助于使飞机产生低头力矩。

发动机推力相对重心产生的俯仰低头力矩可计算为：

ME=T×L1×sin3° （1）

其中ME为发动机力矩，T为发动机推力，L1为发动机相对重心处的力臂。尾翼相对重心产生的俯仰低头力矩可计算为：

MF=q×ClF×S×L2 （2）

其中MF为尾翼力矩，q为动压，ClF为尾翼升力系数，S为尾翼面积，L2为尾翼相对重心处的力臂。计算可知，此情况下发动机推力相对飞机重心产生的低头力矩与尾翼相对飞机重心产生的低头力矩相比，其数量级为10-6，可忽略不计，因此此情况下发动机的推力矢量产生的低头力矩过于微弱，对飞机改出深失速并无明显帮助。

虽然发动机推力对飞机低头无贡献，但整个深失速过程发动机良好的工作状为飞机后期增速以及高度控制提供了有利帮助。

5 结语

通过以上深入分析某型民用客机飞机深失速事件，可得出以下结论：该型民用客机能从深失速改出的原因为升降舵和方向舵在一定的坡度角和侧滑角情况下产生了使飞机低头的力矩，使得飞机低头加速而成功改出深失速。

在实际运营和飞行试验过程中，无论是在恶劣天气条件下还是人为因素的失误，深失速问题是民用客机特别是T型尾翼的民用客机难以避免的。而适航条款对于民用客机的深失速无任何要求，因此对于T型尾翼的民用客机，若无意进入深失速，可人为建立一定的侧滑角和坡度角，使用升降舵和方向舵操纵飞机产生低头力矩，尝试改出深失速。

参考文献

[1] Bruce G.Powers，A parametric study of factors influencing the deep-stall pitch-up characteristics of T-tail transport aircraft.NASA TECHINICAL NOTE D-3370[Z].

[2] Raymond C M，Martin T M，Analysis of deep-stall characteristics of T-tailed aircraft configuration and some recovery procedures.J Aircraft[Z].1966，3（6）：562-566.

[3] 郑贤芬，史志伟.“T”型尾翼飞机的深失速特性研究[J].飞行力学，1996，14（3）：39-43.endprint

4 发动机对改出深失速的影响

由于该型民用客机动力装置轴线相对于飞机构造水平面的安装角为3°，且飞机处于深失速情况时，发动机工作状态良好，N1值处于60%～70%之间，属于1.3VSR的平飞推力，可考虑发动机推力是否有助于使飞机产生低头力矩。

发动机推力相对重心产生的俯仰低头力矩可计算为：

ME=T×L1×sin3° （1）

其中ME为发动机力矩，T为发动机推力，L1为发动机相对重心处的力臂。尾翼相对重心产生的俯仰低头力矩可计算为：

MF=q×ClF×S×L2 （2）

其中MF为尾翼力矩，q为动压，ClF为尾翼升力系数，S为尾翼面积，L2为尾翼相对重心处的力臂。计算可知，此情况下发动机推力相对飞机重心产生的低头力矩与尾翼相对飞机重心产生的低头力矩相比，其数量级为10-6，可忽略不计，因此此情况下发动机的推力矢量产生的低头力矩过于微弱，对飞机改出深失速并无明显帮助。

虽然发动机推力对飞机低头无贡献，但整个深失速过程发动机良好的工作状为飞机后期增速以及高度控制提供了有利帮助。

5 结语

通过以上深入分析某型民用客机飞机深失速事件，可得出以下结论：该型民用客机能从深失速改出的原因为升降舵和方向舵在一定的坡度角和侧滑角情况下产生了使飞机低头的力矩，使得飞机低头加速而成功改出深失速。

在实际运营和飞行试验过程中，无论是在恶劣天气条件下还是人为因素的失误，深失速问题是民用客机特别是T型尾翼的民用客机难以避免的。而适航条款对于民用客机的深失速无任何要求，因此对于T型尾翼的民用客机，若无意进入深失速，可人为建立一定的侧滑角和坡度角，使用升降舵和方向舵操纵飞机产生低头力矩，尝试改出深失速。

参考文献

[1] Bruce G.Powers，A parametric study of factors influencing the deep-stall pitch-up characteristics of T-tail transport aircraft.NASA TECHINICAL NOTE D-3370[Z].

[2] Raymond C M，Martin T M，Analysis of deep-stall characteristics of T-tailed aircraft configuration and some recovery procedures.J Aircraft[Z].1966，3（6）：562-566.

[3] 郑贤芬，史志伟.“T”型尾翼飞机的深失速特性研究[J].飞行力学，1996，14（3）：39-43.endprint

4 发动机对改出深失速的影响

由于该型民用客机动力装置轴线相对于飞机构造水平面的安装角为3°，且飞机处于深失速情况时，发动机工作状态良好，N1值处于60%～70%之间，属于1.3VSR的平飞推力，可考虑发动机推力是否有助于使飞机产生低头力矩。

发动机推力相对重心产生的俯仰低头力矩可计算为：

ME=T×L1×sin3° （1）

其中ME为发动机力矩，T为发动机推力，L1为发动机相对重心处的力臂。尾翼相对重心产生的俯仰低头力矩可计算为：

MF=q×ClF×S×L2 （2）

其中MF为尾翼力矩，q为动压，ClF为尾翼升力系数，S为尾翼面积，L2为尾翼相对重心处的力臂。计算可知，此情况下发动机推力相对飞机重心产生的低头力矩与尾翼相对飞机重心产生的低头力矩相比，其数量级为10-6，可忽略不计，因此此情况下发动机的推力矢量产生的低头力矩过于微弱，对飞机改出深失速并无明显帮助。

虽然发动机推力对飞机低头无贡献，但整个深失速过程发动机良好的工作状为飞机后期增速以及高度控制提供了有利帮助。

5 结语

通过以上深入分析某型民用客机飞机深失速事件，可得出以下结论：该型民用客机能从深失速改出的原因为升降舵和方向舵在一定的坡度角和侧滑角情况下产生了使飞机低头的力矩，使得飞机低头加速而成功改出深失速。

在实际运营和飞行试验过程中，无论是在恶劣天气条件下还是人为因素的失误，深失速问题是民用客机特别是T型尾翼的民用客机难以避免的。而适航条款对于民用客机的深失速无任何要求，因此对于T型尾翼的民用客机，若无意进入深失速，可人为建立一定的侧滑角和坡度角，使用升降舵和方向舵操纵飞机产生低头力矩，尝试改出深失速。

参考文献

[1] Bruce G.Powers，A parametric study of factors influencing the deep-stall pitch-up characteristics of T-tail transport aircraft.NASA TECHINICAL NOTE D-3370[Z].

[2] Raymond C M，Martin T M，Analysis of deep-stall characteristics of T-tailed aircraft configuration and some recovery procedures.J Aircraft[Z].1966，3（6）：562-566.

[3] 郑贤芬，史志伟.“T”型尾翼飞机的深失速特性研究[J].飞行力学，1996，14（3）：39-43.endprint